[논문]위치추적기를 내장한 산악용 신발 디자인 및 3D 다공성 폴리머 프린팅을 이용한 중창 제작에 관한 연구

표정희; 유찬주; 송영민; 이태구; 신보성

doi:10.14775/ksmpe.2016.15.6.083

위치추적기를 내장한 산악용 신발 디자인 및 3D 다공성 폴리머 프린팅을 이용한 중창 제작에 관한 연구
A Study on the Design of Hiking Boots Equipped with GPS and its Midsole Manufactured by 3D Porous Polymer Printing Method 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.15 no.6, 2016년, pp.83 - 88

표정희 (부산대학교 디자인학과) , 유찬주 (부산대학교 첨단정밀공학협동과정) , 송영민 (광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부) , 이태구 (부산대학교 디자인학과) , 신보성 (부산대학교 광메카트로닉스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Over the last five years, 568 people have died while hiking according to 2015 statistics from the public safety ministry. Among those deaths, approximately 33% were due to loss of footing or falling. In this respect, the highly advanced functions of hiking boots should be considered to prevent these unfortunate accidents. For example, by utilizing the Internet of Things (IoT) and Information and Communications Technology (ICT), hiking boots equipped with a Global Positioning System (GPS) or vital signs monitoring systems should be considered. In addition, many challenges remain for the production of 3D printed hiking boots, because the functions of hiking boots are variable, which is important when handling changing terrains and situations. The design of customized hiking boots was introduced in this paper, and 3D printing applications for midsoles using a Porous Polymer Printing (PPP) method was also suggested to verify the possibility of manufacturing hiking boots.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

산악은 환경과 산악인의 신체 컨디션에 따라 조난당할 위험이 큰 활동이다. 그러므로 산악용 신발의 중창에 위치추적 장치를 장착하여 조난사고를 예방하고자 한다.
따라서 본 논문에서는 개인맞춤형 산악용 신발의 완전품을 제작하기에 앞서 표준화된 발모양을 도출하여 발 모양에 따른 디자인을 제안한다. 신발 디자인의 고려뿐만 아니라 특별히 요구되는 안정성 제고를 위한 기능적 요소로 IoT를 접목한 위치추적 장치를 중창에 부착시키고자 한다.
신발 디자인의 고려뿐만 아니라 특별히 요구되는 안정성 제고를 위한 기능적 요소로 IoT를 접목한 위치추적 장치를 중창에 부착시키고자 한다. 또한 산악용 신발에서의 탄성과 쿠션감을 증대시키는 요소로 중창의 기능이 중요시됨에 따라 3D PPP 공정을 통한 중창을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 IoT 와 결합해서 산악용 신발의 기능적 효과를 증대하고자 한다.
본 연구에서는 개인맞춤형 산악용 신발에 대한 안전을 고려한 새로운 IoT 탑재형 신발 디자인을 제안하고 또한 3D PPP 공정을 통해 내부에 다공성 구조를 가지는 신발 중창을 제작할 수 있음을 보였다. 제작된 신발 중창은 내부에 다공성 구조를 가지기 때문에 기계적 충격완화 등의 우수한 기계적 특성을 가지게 될 뿐만 아니라, 3D 프린팅 공정을 이용하기 때문에 개개인의 취향에 맞으며, 인체 맞춤형 제작이 용이한 장점을 가진다.
따라서 본 논문에서는 개인맞춤형 산악용 신발의 완전품을 제작하기에 앞서 표준화된 발모양을 도출하여 발 모양에 따른 디자인을 제안한다. 신발 디자인의 고려뿐만 아니라 특별히 요구되는 안정성 제고를 위한 기능적 요소로 IoT를 접목한 위치추적 장치를 중창에 부착시키고자 한다. 또한 산악용 신발에서의 탄성과 쿠션감을 증대시키는 요소로 중창의 기능이 중요시됨에 따라 3D PPP 공정을 통한 중창을 개발하고자 한다.

제안 방법

4와 같이 신발 중창의 CATIA 프로그램으로 *.stl 데이터 형식의 3D 모델링을 하여 적층하고자 하는 단면을 슬라이싱(Slicing)하였다. 또한 각 단면 마다의 적층 경로를 생성한 후에 3D PPP 공정을 통해 3차원 구조물 형태의 신발 중창을 적층 제작하여 Fig.
폴리머의 탄성을 활용한 다공성 프린팅 기술에 대하여 국내외에서도 꾸준히 연구되고 있지만 아직 실효성 있는 결과물을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 3D 프린팅 공정 방식 중 FDM(Fused Deposition Modeling) 기반의 3D PPP 방식을 사용하여 개인 맞춤형 신발 중창의 다공체 구조를 3D 프린팅하여 시작품을 제작하였다.

성능/효과

기공은 평균적으로 약 110µm의 크기를 가지며 SEM 단면 사진 결과를 바탕으로 기공의 밀도를 계산해보면 1.2×105 개/cm3 다공체 폴리머 구조체인 것을 확인하였다.
제작된 신발 중창은 내부에 다공성 구조를 가지기 때문에 기계적 충격완화 등의 우수한 기계적 특성을 가지게 될 뿐만 아니라, 3D 프린팅 공정을 이용하기 때문에 개개인의 취향에 맞으며, 인체 맞춤형 제작이 용이한 장점을 가진다. 이 같은 장점을 지닌 3D PPP 공정으로 제작된 중창의 내부에 위치추적 장치를 삽입하는 디자인을 고안함으로써 3D 프린팅을 활용하여 IoT 기반의 산악용 신발 제작에 대한 가능성을 보였다.

후속연구

이는 산악용 신발을 디자인 할 때 최악의 사고를 대비할 수 있는 기능적 요소가 필요함을 의미한다. IoT 기반의 위치추적 장치를 탑재한 산악용 신발의 디자인을 개발함으로써 실족 및 추락으로 발생하는 실종 사고를 예방할 수 있다.
향후에는 IoT 나 ICT 등 첨단 기술이 발전됨에 따라 산악용 신발에 GPS 기능이나 신체 바이탈 사인 데이터를 측정하는 기능을 탑재할 수 있는 융・복합형 산악용 개인맞춤 신발을 생산하기 위한 저가형, 고속 생산화가 가능한 3D 프린팅 연구를 추가하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산악용 신발의 구조는 어떻게 되는가?	산악용 신발의 구조는 Fig. 1과 같이 대략적으로 발목 깃(collar), 갑피(upper), 토캡(toe cap), 그리고 안창(insole), 중창(midsole), 밑창(outsole)으로 나눌수 있다. 또한 산행의 목적에 따라 발목 깃의 높낮이가 달라지며 복사뼈 위치를 기준으로 로우컷, 미들컷, 하이컷으로 분류를 한다.
	3D PPP 공정의 장점은?	다양한 3D 프린팅 공정 방식 중 하나의 장비 안에서 하나의 공정으로 개인 맞춤 제품을 적층 가능한 3D PPP(Porous Polymer Printing) 방식이 있다.[3] 3D PPP 공정은 공정이 비교적 단순하여 공정 시간 및 비용 등의 이점을 가지고 있다.[4]
	산행의 목적에 따라 각각 어떠한 신발을 착용하는 것이 좋은가?	완만한 아스팔트길이나 흙길의 경우 로우컷에서 미들컷 정도의 트레킹화가 알맞으며 흙길의 근교 산행이나 짧은 등산에는 경등산화가 알맞다. 잔돌이 돌출된 등산로의 장시간 산행이나 겨울철 눈이 많은 곳을 산행할 때는 하이컷의 중등산화가 좋으며 바위지대의 산행은 접지력이 뛰어난 로우컷의 릿지화가 적합하다. 암벽등반을 위한 등산화는 밑창이 얇은 로우컷의 암벽화가 적합하다.

참고문헌 (17)

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Cho, D. W. and Jang, J. A., "A Review of the Fabrication of Soft Structures with Three-dimensional Printing Technology," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 6, pp. 142-148, 2015.

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